楞次定律

教师:感应电流的磁场B感是否总是与回路中原磁场B原反向? 感应电流的磁场是否总是阻碍回路中原磁通量Φ原的变化吗?

学生: B感与B原不总是反向,但是,感应电流的磁场总是阻碍回路中原磁通量的变化。 教师:由上面的实验可以看出,感应电流磁场的方向与原磁场方向有密切的关系,而感应电流与它的磁场也是紧密联系的,我们是否可以用感应电流的磁场来联系感应电流方向呢? 学生1:感应电流的磁场总是阻碍穿过线圈的原磁通量的增加或减小。 学生2、学生3??

情景5:教师逐步放映下面各量关系,引领学生归纳出楞次定律的简洁表述。

教师:俄国物理学家楞次通过研究,早在1833年就总结出判定感应电流方向的方法,后人称之为楞次定律,其内容是:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 四、拓展延伸,深化理解

教师:通过实验记录,楞次定律中,“阻碍”有什么含义? 学生:(多种相似的说法,略) 教师(总结):当穿过闭合电路的磁通量增大时,感应电流的磁场与原磁场反向,“反抗”其增大;当穿过闭合电路的磁通量减小时,感应电流的磁场与原磁场同向,“补偿”其减小。即:从磁通量的角度,“阻碍” 就是指增“反”,减“同”。 情景6:互动练习

[例题1]:如图3,当线圈ABCD向右远离通电直导线时,线圈中感应电流的方向如何?

互动填表,得出感应电流方向,并归纳利用楞次定律判定感应电流方向的步穿过线圈磁通量 感应电感应电骤: 1.明确闭合回路中原磁场原磁场方变化 流磁场流方向 的方向;

方向 2.判断穿过闭合回路的磁向 通量如何变化;

3.由楞次定律确定感应电向里 减小 向里 顺时针 流的磁场方向; 4.利用安培定则确定感应电流的方向。 [练一练]:法拉第最初发现电磁感应现象的实验如图4所示。软铁环上绕有M、N两个线圈,当M线圈电路中的开关断开的瞬间,线圈N中的感应电流沿什么方向?(学生思考讨论回答,教师总结)

图4

[例题2]:如图5所示,A、B都是很轻的铝环,A环是闭合的,B环是断开的,现用一条形磁铁的任一极去靠近或远离A、B两环,分别会产生什么现象?(学生思考回答后,播放视频并解释现象)

教师:从上例可以看出:从力的角度,“阻碍” 是指电磁感应现象总是阻碍磁铁和线圈间的相对运动

[思考与讨论]:在手持磁铁运动向A环运动时,人克服什么力做了功?能量是怎样转化的? 学生:人手持磁铁向A环运动时,人克服磁场力做了功,并通过做功将机械能转化为电能。 教师:从能量角度可以看出,通过阻碍实现了能量的转化,这表明楞次定律也遵循能量的转化和守恒定律。

[练一练]:如图6,甲管完整、乙管开槽,两管中相同的磁铁从静止下落,哪个下落的快?

磁铁在下落过程中,能量是怎样转化的? (讨论交流,并解释)

“楞次定律”的课堂教学案例分析 山东师范大学附属中学 曹立

“楞次定律”是高中物理电磁学部分的重要内容,也是高中教学的难点。传统的教学设计是:教师演示实验→学生观察实验→教师引导学生分析得出楞次定律→讲解例题→课堂训练→课后巩固。在通常物理教学过程中对“楞次定律”的探究采用的是表格法,即收集原磁场方向、磁感应强度的变化、感应磁场方向、感应电流方向等多个研究变量的信息,然后分析多个变量的关系,归纳总结得出结论。按照这样的流程操作,虽然也能让学生学会如何应用楞次定律来判断感应电流的方向,但不难看出这种教学模式仍为“师传生受”,学生还是被动地接受知识,即使学会了,也不能算会学,而且学生的创新精神和实践能力亦难以得到进一步培养,教学实践表明这种分析归纳方法由于涉及相关因素太多,学生找出规律较为困难。面对新课程改革的要求,为营造一个让学生自主学习的良好环境,本节内容采用“探究式”教学,即:“创设一个问题情境→学生讨论→猜想→设计实验→探索实验→分析实验现象→得出楞次定律→课堂讲练→巩固练习”。这样通过让学生自己动手操作、动眼观察、动脑思考,引导他们自己获取知识,不仅活跃了课堂气氛,还发展了学生的思维能力和创新能力。

一、探究课题的选择

基于这种考虑,本节课的探究方案创造性地设计为“两步”:第一步:学生分组探究当磁铁移近或远离闭合导体线圈时,观察导体线圈与磁铁的相互吸引或排斥现象,通过右手螺旋法则探究感应电流的方向。由此得出结论:感应电流总是要阻碍引起感应电流的相对运动。 第二步:利用原副线圈实验,控制原线圈中电流变化情况,探究副线圈中产生的感应电流方向的规律。

这是一种逐步递进的探究过程,这样的设计符合学生的认知水平,因为学生实验观察到的是导体与磁铁间阻碍相对运动的规律,由感应磁场方向得出感应电流方向比较容易。 进而将两步分别得出的结论:①感应电流总是要阻碍引起感应电流的相对运动;②感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。引导学生对比分析后概括得出楞次定律的准确表述。

这样做,符合物理学史上的科学研究顺序,能使学生逐步体验探究的实质,提高学习兴趣。另外,也与已经学过的电磁感应现象的叙述顺序一致,容易由直观的相对运动转向较为抽象地以磁通量及磁通量变化为研究变量的探究,符合一般认知规律,突破了难点,使研究逐步深入,学生易于理解。

二、先进的实验设备使探究过程更加直观、简捷 DIS数字信息系统所配备的“数据采集器”,能方便地检测导体中的微小感应电流,在屏幕上清楚地显示感应电流的大小和方向。这是一般电磁式仪表无法达到的。数据采集器的使用,使探究感应电流的过程更加直观、简捷。先进的实验设施进入高中物理课堂,既增加了探究的科学性,又提高了效率;既增加了学生的学习乐趣,又是学生亲身经历了现代化科学探究的手段,体验科学探究的快乐。

“数据采集器”能方便地检测导体中的微小感应电流,将副线圈改为单匝线圈,降低了判定线圈中电流的方向的难度,有利于发现关系,概括结论。 三、学生初始状况分析

在以前的教学中已经多次使用数字信息系统实验设备,学生已具备了操作、观测的技能,可以在对感应电流方向的探究中较熟练的使用;学生也已经具备了探究感应电流方向所需的相关知识。任课教师在使用现代化教育技术方面也具有较高的水平,这就为课题探究的顺利实施提供了技术保证。

附教学过程实施:

执教人:山东师大附中物理组李成金老师。 探究目标:探究判断感应电流方向的规律,体验历史上关于确定感应电流方向的探究途径。

教学目标:

1.理解楞次定律,解释有关现象。

2.运用已有知识和实验技能探究感应电流的方向。

3.熟悉科学实验的探究方法,即熟悉依据实验获得的资料信息进行分析、推理、概括,得出有关结论的探究过程。

4.熟练DIS数字信息系统实验设备的使用。

5.独立思考、交流讨论、体验小组合作学习过程,培养合作能力及团队精神。

教学用具:计算机、DIS数据采集系统、数据采集器、微电流传感器、数据线、条形磁铁、干电池、双环实验、电磁阻尼振动实验。 教学过程: 一、引入课题

师:请同学们按图1连好数据线和微电流传感器,打开数据采集器,重复上一节课我们探究感应电流产生条件的操作,并注意观察电脑屏幕上的显示。(学生操作)

师:从屏幕上的电流脉冲我们可以获得什么信息?(学生分组探究) 学生:脉冲的方向不同,所以获得的感应电流的方向不同。

师:脉冲的方向与电流流入接线柱方向的关系如何确定?(学生分组讨论)

生:拿一节干电池,连入接线柱,通过试触,观察脉冲方向,因为干电池的正负极是确定的,就可以知道脉冲的方向与电流流入接线柱方向的关系。 (学生分组探究)(学生汇报实验结果) 老师进一步总结,以明确屏幕显示电流脉冲的方向与电流流入接线柱方向的关系──电流从红接线柱流入,电流脉冲向上,反之,电流从黑接线柱流入时脉冲向下。 二、教学过程设计

1.从相对运动的角度,利用双环实验,探究感应电流与相对运动的关系,提出探究课题

师:通过前面的实验,我们发现在不同情况下感应电流的方向不同,那么这个感应电流的方向遵循什么规律呢?(稍停顿,学生思考)楞次当年就探究这个问题并得出了著名的楞次定律,这也是我们这节课的探究课题:感应电流的方向──楞次定律。 楞次当年是从磁体与导体相对运动这一角度来探究这一定律的,我们就先体验一下楞次当年的探究过程。

(老师介绍图2双环实验的仪器)

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